鋼纖維摻量對RPC抗折疲勞壽命的影響

林茂+田艷鳳+余曉青+胡功笠

摘要：對4種不同鋼纖維摻量的RPC進行抗折疲勞試驗，通過試驗獲得不同鋼纖維摻量的RPC同一應力水平下的抗折疲勞加載次數，研究鋼纖維摻量對活性粉末混凝土（RPC）抗折疲勞壽命的影響。

關鍵詞：RPC；鋼纖維摻量；抗折疲勞試驗；疲勞壽命

建筑物或構筑物在循環荷載作用下，結構內部缺陷的逐漸擴展使結構性能退化，使材料在低于靜載強度的荷載下發生疲勞破壞。本文對4種鋼纖維摻量（體積摻量分別為0%、1%、2%和3%）的RPC進行抗折疲勞試驗，研究鋼纖維摻量對RPC抗折疲勞性能的影響。

一、試驗概況

1、原材料及配合比。水泥采用P.O 42.5的普通硅酸鹽水泥，實測28d抗壓強度為49.7Mpa；硅灰的平均粒徑0.1μm，SiO2含量不低于90%；粉煤灰為一級粉煤灰；砂選用粒徑范圍為0～1.25mm的級配標準砂；高效減水劑選用新型非萘系減水劑，固含量30%，減水率29%；鋼纖維選用直徑0.18-0.2mm，長度為10-12mm的表面鍍銅平直型鋼纖維，抗拉強度2850Mpa。

為了研究鋼纖維摻量對RPC抗疲勞性能的影響，設置鋼纖維摻量分別為0%、1%、2%以及3%，分別編號S0、S1、S2、和S3，配合比水泥：硅灰：粉煤灰：砂：高效減水劑為1.0：0.2：0.15：1.62：3%。

2、試件制作與養護。按照試驗配合比準確稱量各組分。每組制作9個試件，其中3個試件用于測定抗折強度，6個試件用于抗折疲勞試驗。

3、試驗方法。試驗采用三點彎曲試驗施加循環荷載，跨距120mm。荷載加載方式為正弦波，頻率為5Hz，3組試驗最高應力水平為0.85，最低應力水平為0.15（應力水平S為施加的應力σ與試件抗折極限承載力fc的比值）。

二、試驗結果與分析

1、抗折試驗結果。通過對抗折試驗，測得每組3個試件的抗折極限承載力和抗折強度，取平均值記錄如表1所示。

2、抗折疲勞試驗結果及Weibull分布檢驗。RPC的疲勞破壞過程與普通混凝土相似，均表現為三階段發展規律：第一階段為內部缺陷聚集成核，損傷初步形成階段。RPC的內部缺陷在荷載作用下逐漸聚集，產生宏觀損傷的過程；第二階段為裂縫穩定擴展階段，在宏觀裂縫形成后，在循環荷載作用下，裂縫不斷開合并逐漸擴展；第三階段為失穩破壞階段，隨著鋼纖維被不斷拔出，跨中應變急劇增長，裂縫貫通即發生疲勞破壞。

各組抗折疲勞試驗的加載參數表2所示，循環荷載的加載次數用Weibull分布檢驗，對檢驗結果進行線性回歸如圖1所示。

線性回歸結果表明，相關系數R均在0.95以上，可認為RPC的抗折疲勞壽命服從Weibull分布。

以存活率為0.5和循環加載次數為5000次為例對不同鋼纖維摻量的RPC的抗疲勞性能進行比較，如表4所示。

通過不同鋼纖維摻量RPC抗折疲勞性能對比發現，與素RPC相比，摻量1%的RPC抗折疲勞性能顯著提高，隨著鋼纖維摻量的增加，抗折疲勞壽命持續提高，摻加鋼纖維明顯改善了RPC的抗折疲勞性能。

三、結論

本文進行了4種鋼纖維摻量的RPC抗折試驗以及抗折疲勞試驗，得到如下結論：

1、素RPC的抗折試驗表現出脆性破壞的特點，摻加鋼纖維的RPC的脆性得到明顯改善，提高了韌性，隨著鋼纖維摻量的增加，抗折強度也持續增加。

2、RPC的抗折疲勞損傷過程與普通混凝土相似，均表現為三階段發展規律，即內部缺陷聚集成核，損傷初步形成階段、裂縫穩定擴展階段、失穩破壞階段。

3、通過對試驗結果進行Weibull分布檢驗和線性回歸得出相關系數均在0.95以上，可認為RPC的抗折疲勞壽命服從Weibull分布。

4、與素RPC相比，摻量1%的RPC抗折疲勞性能顯著提高，隨著鋼纖維摻量的增加，抗折疲勞壽命也持續提高。

參考文獻

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